Электроматериаловедение - Факторы, влияющие на свойства проводников

3. Факторы, влияющие на электрические и механические свойства проводниковых материалов
На величину удельного электрического сопротивления р и удельной проводимости у металлов оказывают большое влияние примеси. На рис. 13 показана зависимость величины удельной проводимости меди от количества введенных в нее примесей.

Процент примесей Рис. 13. Влияние примесей на удельную проводимость меди
Как видно, некоторые примеси (марганец Mn и алюминий Al) сильно снижают проводимость чистой меди даже при малом их содержании (4—6%). Золото (Аи) и цинк (Zn) снижают проводимость меди в меньшей степени, чем марганец, и алюминий.
На величину проводимости оказывает также влияние наклеп, т. е. пластическая деформация металла в результате его механической обработки (прокатка, волочение). С увеличением пластической деформации металла его проводимость падает (рис. 14). Наклепанная медная проволока, следовательно, имеет более высокое удельное электрическое сопротивление по сравнению с ненаклепанной медной проволокой. Устранить этот дефект молено отжигом металла при определенной температуре. Электрическое сопротивление металла при этом восстанавливается до прежней величины.

Следует учитывать, что излишне высокие температуры отжига могут ухудшить механические свойства отожженного металла.

Рис. 14. Влияние наклепа на удельную проводимость меди
Поэтому отжиг проводника производят при оптимальной температуре, например, проводниковую медь отжигают при температуре 450—500° С, а проводниковый алюминий — при температуре 300—350° С. Однако в тех случаях, когда необходимо повысить механическую прочность.на разрыв или твердость металлических проводниковых изделий, например проводов для воздушных линий, контактных проводов и др., используют холодную прокатку или холодное волочение этих металлов. Такие провода называются твердотянутыми.
Большое техническое и научное значение приобрели диаграммы, показывающие зависимость изменения электрических, механических и других свойств сплавов от их химического состава. Эти диаграммы получили название диаграмм «состав — свойство».
С помощью таких диаграмм можно установить желательные по свойствам сплавы определенного состава. Для проводниковых сплавов значительный интерес представляет изменение величины удельной проводимости в зависимости от процентного содержания сплавляемых металлов. В случае механической смеси двух металлов, когда в сплаве металлы находятся отдельно в виде зерен, проводимость сплавов будет изменяться по прямой линии.
На рис. 15 представлена в общем виде такая диаграмма для двойного сплава металлов А и В. На левой вертикальной оси нанесена величина удельной проводимости ул чистого металла А, а на правой вертикальной оси — величина ув чистого металла В, причем yа меньше ув. С увеличением в смеси количества металла В удельная проводимость ее будет нарастать, так как металл В с большей проводимостью будет постепенно вытеснять металл А с меньшей проводимостью. Это увеличение будет прямо пропорционально изменению состава и на диаграмме оно выразится прямой линией, соединяющей точки и ув.
В случае сплавов типа твердых растворов с неупорядоченной структурой диаграмма «состав — свойство» будет иной (рис. 16). Сплав состоит из двух металлов С и А. Металл С в чистом виде обладает удельной проводимостью ус, значение которой нанесено на левой вертикальной оси. Второй металл D имеет удельную проводимость уи, значение которой нанесено на правой вертикальной оси. При незначительном содержании в сплаве металла D величина
удельной проводимости сплава резко падает, а следовательно, удельное сопротивление его увеличивается. Это повышение р объясняется падением проводимости чистого металла в результате добавления в него примеси даже с проводимостью большей, чем проводимость исходного металла. Следовательно, всякая примесь какого-либо металла, введенная в другой металл, уменьшает проводимость твердого раствора этих металлов.

Рис. 15. Диаграмма изменения удельной пронодимостн сплава двух металлов в случае механической смеси в зависимости от процентного содержания металлов

Рис. 16. Диаграмма изменения удельной проводимости сплава двух металлов в случае твердого раствора в зависимости от их процентного содержания
При последующем увеличении содержания второго металла (на диаграмме от точки а до точки b) проводимость твердых растворов остается почти постоянной. В точке же b и далее проводимость сплава начинает увеличиваться до величины yD, соответствующей чистому металлу D. Таким образом с уменьшением примеси металла С проводимость сплава начинает повышаться, так как сплав приближается к чистому металлу D.
Сплавы типа твердых растворов с неупорядоченной структурой широко применяются для изготовления проводников с повышенными значениями удельного сопротивления (р = 0,42—1,5 ом-мм2/м). Эти проводники в виде изолированной или неизолированной (голой) проволоки применяются для изготовления реостатов, добавочных сопротивлений и нагревательных приборов, где в ограниченном объеме необходимо создать большое электрическое сопротивление. Некоторые из сплавов типа твердых растворов обладают очень малым температурным коэффициентом электрического сопротивления (а = 0-8-10~51/° С). Это позволяет их использовать в сопротивлениях, малоизменяющихся от температуры, например, в точных сопротивлениях для электроизмерительных приборов, образцовых сопротивлениях и др.
Сплавы металлов отличаются от чистых металлов повышенной механической прочностью, твердостью и большей стойкостью к окислению на воздухе (коррозионная стойкость).